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公開番号2023166492
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-11-21
出願番号2023141492,2020569499
出願日2023-08-31,2020-01-16
発明の名称回折光学素子、これを用いた投影装置、及び計測装置
出願人AGC株式会社
代理人個人,個人
主分類G02B 5/18 20060101AFI20231114BHJP(光学)
要約【課題】広い視野角にわたって回折光の強度を均一化する光拡散技術を実現する。
【解決手段】入射光を前記第1の方向に回折させる回折光学素子は、前記入射光のビーム径をFWHM、投影面までの距離をZ、前記第1の方向へ回折される回折光のうち最も外側の回折光の回折角をθ(MH)、外側から2番目の回折光の回折角をθ(MH-1)とすると、前記回折光学素子は、tanθ(MH)-tanθ(MH-1)<(FWHM/2Z)[1/cosθ(MH)+1/cosθ(MH-1)]
を満たす位相パターンを有し、かつ[(A+1-A-1)/ADOE]2<1/NALLを満たすように設計された位相パターンを有し、A+1は二値化された前記基本ユニットの中で+1.0の値をもつ領域の面積、A-1は-1.0の値をもつ領域の面積、ADOEは前記回折光学素子の前記基本ユニットの面積であり、NALLは総スポット数である。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項1】
基本ユニットが第1の方向に周期的に配列されており、入射光を前記第1の方向に回折させる回折光学素子であって、
前記入射光のビーム径をFWHM、投影面までの距離をZ、前記第1の方向へ回折される回折光のうち最も外側の回折光の回折角をθ(M
H
)、外側から2番目の回折光の回折角をθ(M
H
-1)とすると、前記回折光学素子は、
tanθ(M
H
)-tanθ(M
H
-1)<(FWHM/2Z)[1/cosθ(M
H
)+1/cosθ(M
H
-1)]
を満たす位相パターンを有し、かつ
[(A
+1
-A
-1
)/A
DOE


<1/N
ALL
を満たすように設計された位相パターンを有し、

+1
は二値化された前記基本ユニットの中で+1.0の値をもつ領域の面積、A
-1
は-1.0の値をもつ領域の面積、A
DOE
は前記回折光学素子の前記基本ユニットの面積であり、N
ALL
は総スポット数であることを特徴とする回折光学素子。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記位相パターンは、前記第1の方向に回折される回折光の回折角をθとすると、(1/cosθ)

の割合で強度が強くなるように補正されている請求項1に記載の回折光学素子。
【請求項3】
前記位相パターンの補正関数をH(θ)=(1/cosθ)

とし、θ=0近傍の値が1に規格化された補正後の回折スポット強度をI(θ)とすると、前記位相パターンは、
0.4×H(θ)<I(θ)<1.6×H(θ)
の範囲で補正されている請求項1または2に記載の回折光学素子。
【請求項4】
平行光を出射する光源と、
前記光源の出射側に配置される回折光学素子と、
を有し、
前記回折光学素子は、第1の方向に周期的に配列された基本ユニットを有し、
前記平行光のビーム径をFWHM、前記回折光学素子から投影面までの距離をZ、前記回折光学素子によって第1の方向へ回折される回折光のうち最も外側の回折光の回折角をθ(M
H
)、外側から2番目の回折光の回折角をθ(M
H
-1)とすると、前記回折光学素子は
tanθ(M
H
)-tanθ(M
H
-1)<(FWHM/2Z)[1/cosθ(M
H
)+1/cosθ(M
H
-1)]
を満たすように設計された位相パターンを有し、かつ
[(A
+1
-A
-1
)/A
DOE


<1/N
ALL
を満たすように設計された位相パターンを有し、

+1
は二値化された前記基本ユニットの中で+1.0の値をもつ領域の面積、A
-1
は-1.0の値をもつ領域の面積、A
DOE
は前記回折光学素子の前記基本ユニットの面積であり、N
ALL
は総スポット数であることを特徴とする投影装置。
【請求項5】
前記回折光学素子と同軸上に配置される第2光学素子、
をさらに有し、
前記第2光学素子は、回折機能を有する光学素子または回折機能を有さない拡散光学素子である請求項4に記載の投影装置。
【請求項6】
請求項4または5に記載の投影装置と、
前記投影装置の視野角内に存在する物体からの反射光を検知する検出器と、
を有する計測装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、回折光学素子、これを用いた投影装置、及び計測装置に関する。
続きを表示(約 1,600 文字)【背景技術】
【0002】
回折光学素子は、光の回折現象を利用して入射光を様々なパターンで、様々な方向に分光する。回折光学素子は、小型で軽量ながら、レンズ、プリズム等の屈折光学素子と同様の光学機能を実現することができ、照明、非接触検査、光学計測等の多様な分野で利用されている。
【0003】
複数の回折光を隣り合う回折光と重ねることで、投影領域を隙間なく埋める構成が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。また、主要強度分布を予め設定された立体角依存性の強度分布に変換する光学系において、光学素子を2枚用いてゼロ次光の影響を抑制する構成が提案されている(たとえば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特許第6387964号
特表2008-506995号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1では、回折光の重ね合わせだけが議論されており、これを実現する回折光学素子の具体的な構成は開示されていない。特許文献2でも、回折構造の具体的な条件は開示されていない。
【0006】
一方、LiDAR(light detection and raging:光検出・測距)等の光を用いたセンシングや、プロジェクタ等の拡大投射系では、広い視野角で光を拡散させることが求められている。回折光学素子を用いて広角化を実現しようとする場合、広い視野角にわたって投影面での回折光の強度を均一にすることが重要になる。
【0007】
本発明は、広い視野角にわたって投影面での回折光の強度を均一化する光拡散技術を提供することを目的とする。
【0008】
本発明の第1の態様では、基本ユニットが第1の方向に周期的に配列されて入射光を前記第1の方向に回折させる回折光学素子において、
前記回折光学素子は、前記第1の方向に回折された回折光のうち最も外側の回折光と、外側から2番目の回折光との間の分離角が、前記入射光の発散角よりも小さくなるように設計された位相パターンを有する。
【0009】
本発明の第2の態様では、基本ユニットが二次元方向に周期的に配列されて入射光を前記二次元方向に回折させる回折光学素子において、
前記二次元方向に回折される回折光のうち、中心から最も遠いコーナー部で互いに隣接する4つの回折光の中央の角度座標を(ax、ay)、第1の方向で最も外側の回折光の回折角をθx(M
Hx
)、前記第1の方向と直交する第2の方向で最も外側の回折光の回折角をθy(M
Hy
)、前記二次元方向に回折される回折光の前記第1の方向の発散角をδx、前記二次元方向に回折される回折光の前記第2の方向の発散角をδyとすると、前記回折光学素子は、
[(ax-θx(M
Hx
))/δx]
2
+[(ay-θy(M
Hy
))/δy]
2
<1
を満たす位相パターンを有する。
【0010】
本発明の第3の態様では、基本ユニットが第1の方向に周期的に配列されて入射光を前記第1の方向に回折させる回折光学素子において、
前記入射光のビーム径をFWHM、投影面までの距離をZ、前記第1の方向へ回折される回折光のうち最も外側の回折光の回折角をθ(M
H
)、外側から2番目の回折光の回折角をθ(M
H
-1)とすると、前記回折光学素子は、
tanθ(M
H
)-tanθ(M
H
-1)<(FWHM/2Z)[1/cosθ(M
H
)+1/cosθ(M
H
-1)]
を満たす位相パターンを有する。
(【0011】以降は省略されています)

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